Nghiên cứu thực nghiệm về gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng tấm sợi thủy tinh

Bài báo trình bày về một nghiên cứu thực nghiệm gia cường chịu cắt cho các dầm bê tông cốt thép. Bốn dầm giống nhau được chế tạo, trong đó, ba dầm được gia cường bằng tấm sợi thủy tinh với các hình thức gia cường khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy, tấm sợi thủy tinh làm gia tăng đáng kể khả năng chịu cắt và làm tăng độ cứng, độ dẻo của dầm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm về gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng tấm sợi thủy tinh KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ GIA CƯỜNG KHÁNG CẮT CHO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG TẤM SỢI THỦY TINH TS. NGUYỄN HÙNG PHONG Đại học Xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày về một nghiên cứu thực nghiệm gia cường chịu cắt cho các dầm bê tông cốt thép. Bốn dầm giống nhau được chế tạo, trong đó, ba dầm được gia cường bằng tấm sợi thủy tinh với các hình thức gia cường khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy, tấm sợi thủy tinh làm gia tăng đáng kể khả năng chịu cắt và làm tăng độ cứng, độ dẻo của dầm. Các yếu tố về cấu tạo như độ dính kết giữa bê tông Hình 1. Gia cố kháng cắt cho dầm BTCT bằng tấm FRP và tấm gia cường, đoạn neo của tấm, bán kính cong rất đột ngột và nguy hiểm, do đó, việc gia cường, gia Trong số các loại tấm FRP thông dụng, tấm sợi thủy tinh (glass fiber reinforced polymer – viết tắt là GFRP) được sử dụng khá phổ biến do có giá thành tương đối thấp. Trong nghiên cứu thực nghiệm này, tác giả đã tiến hành thí nghiệm gia tải cho bốn dầm BTCT được gia cường bằng tấm GFRP theo các hình thức khác nhau. Qua kết quả thí nghiệm, tác giả đã tiến hành phân tích, đánh giá về hiệu quả gia cường của tấm GFRP, hình thức nứt và phá hoại dầm cũng như các chi tiết cấu tạo trong gia cường, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho việc thiết kế, thi công gia cường kháng cắt cho kết cấu BTCT bằng tấm sợi thủy tinh. cố chịu cắt cho công trình cần đảm bảo độ an toàn 2. Mẫu thí nghiệm góc gia cường, chất lượng lớp bê tông bảo vệ ảnh hưởng lớn đến hiệu quả gia cường. 1. Tổng quan về phương pháp gia cường Tình trạng công trình bê tông cốt thép (BTCT) bị xuống cấp theo thời gian, chất lượng thi công công trình không đảm bảo và việc gia tăng tải trọng sử dụng lên công trình đòi hỏi công trình cần được gia cố/gia cường để tránh hư hỏng, sụp đổ. Trong các hình thức phá hoại kết cấu BTCT, phá hoại cắt diễn ra cao. Trong các phương pháp được sử dụng, giải pháp gia cố chịu cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi liên tục cường độ cao FRP (fiber reinforced polymer) là một giải pháp tương đối đơn giản, cho phép thi công nhanh và ít gây ảnh hưởng tới kiến trúc công trình. Ngoài việc gia cố kháng cắt, giải pháp dán tấm FRP còn giúp bảo vệ kết cấu BTCT khỏi tác dụng xâm thực của môi trường và đóng vai trò neo cho gia cố kháng uốn bằng cách dán tấm FRP ở đáy dầm. Có nhiều hình thức gia cường kháng cắt dầm BTCT bằng tấm FRP như gia cường dạng tấm liên tục trên suốt chiều dài dầm hoặc gia cường theo từng băng, gia cường theo phương thẳng đứng hay phương xiên, gia cường dán ba mặt dầm hoặc hai mặt bên của dầm. Tạp chí KHCN Xây dựng – số 3/2014 2.1. Chi tiết mẫu thí nghiệm Bốn mẫu dầm được chế tạo hoàn toàn giống nhau trước khi gia cường tấm GFRP (hình 2). Các dầm này được bố trí cốt thép dọc với hàm lượng lớn sao cho khả năng chịu uốn của dầm lớn hơn khả năng chịu cắt ở nhịp phải (xem bảng 3) để khi thí nghiệm dầm không bị phá hoại do uốn. Nhịp cắt bên trái của các dầm (a = 550mm) được bố trí cốt đai thép tương đối lớn ( 8 khoảng cách 50 mm) để sự phá hoại cắt sẽ không xảy ra ở nhịp này mà xảy ra ở nhịp bên phải là nhịp mà các dầm sẽ được gia cường bằng tấm GFRP theo các hình thức khác nhau (hình 3). Các tấm (băng) GFRP gia cường được dán ở hai mặt bên của dầm bằng keo epoxy và được neo vào mặt trên và mặt dưới của dầm một đoạn 50mm. 23 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình 2. Chi tiết mẫu dầm trước khi gia cường tấm GFRP a. Dầm D1: không gia cường b. Dầm D2: gia cường tấm GFRP: - Bề rộng tấm wf = 30mm - Khoảng cách sf = 100mm 0 - Góc nghiêng α = 90 c. Dầm D3: gia cường tấm GFRP: - Bề rộng tấm wf = 30mm - Khoảng cách sf = 100mm 0 - Góc nghiêng α = 60 d. Dầm D4: gia cường tấm GFRP: - Bề rộng tấm wf = 50mm - Khoảng cách sf = 100mm 0 - Góc nghiêng α = 90 Hình 3. Chi tiết gia cường các mẫu dầm bằng tấm GFRP theo các hình thức khác nhau Cường độ của vật liệu thép và bê tông được xác định bằng thí nghiệm tại thời điểm cùng băng GFRP gia cường f được định nghĩa theo công thức (1). ngày với thí nghiệm gia tải các mẫu dầm và được tóm tắt trong bảng 1. Các đặc trưng cơ học của tấm GFRP do nhà phân phối cung cấp, được tóm tắt trong bảng 2. Các thông số về kết cấu của các dầm tính toán theo tiêu chuẩn ACI [4] được tóm tắt trong bảng 3 với hàm lượng 24 pf  2t f w fh bs f (1) trong đó: tf - chiều dày của băng GFRP; wfh - bề rộng của băng GFRP theo phương nằm ngang; sf khoảng cách giữa các băng GFRP tính từ tim; b - bề rộng của dầm. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ Bảng 1. Cường độ thí nghiệm của vật liệu thép và bê tông của các mẫu dầm Giới hạn chảy của thép dọc 14 fy 351 MPa Giới hạn chảy của thép đai 8 fyt 362 MPa Cường độ chịu nén của bê tông (mẫu trụ 150x300mm) fc’ 20,07 MPa Bảng 2. Các đặc trưng cơ học của tấm sợi thủy tinh GFRP Các đặc trưng cơ học (giá trị thí nghiệm) Cường độ chịu kéo cực hạn theo phương của sợi ff Tấm sợi thủy tinh 575 MPa Độ dãn dài cực hạn f 2,2 % Mô-đun kéo Ef 26,1 GPa Chiều dày tấm tf 0,635 mm Bảng 3. Các thông số về kết cấu của các mẫu dầm tính theo lý thuyết của tiêu chuẩn ACI [4] Tên dầm D1 D2 D3 D4 Đặc điểm gia cường nhịp phải Không gia cường Băng thẳng 30mm Băng xiên 30mm Băng thẳng 50mm Hàm lượng băng GFRP f (%) 0,254 0,293 0,423 Khả năng chịu cắt nhịp trái (Vc + Vs) (kN) Khả năng chịu uốn (P/2 = M/a) (kN) 203,8 103,7 Khả năng chịu cắt nhịp phải (Vc + Vf) (kN) 66,8 (Vc) 75,9 79,2 81,9 (P: tổng tải trọng kích thủy lực tác dụng lên dầm chia làm hai lực tập trung hai bên, mỗi lực = P/2) 2.2 Quy trình gia cường mẫu Trước tiên các mẫu dầm được đánh sạch bằng máy mài cầm tay và giấy ráp để loại bỏ lớp vữa xi măng bên ngoài mẫu, tăng độ dính bám giữa tấm GFRP và bê tông (BT). Các góc dầm được mài tròn với bán kính cong 10mm để đảm bảo kết dính tốt và tránh tập trung ứng suất trong quá trình chịu lực. Sau đó, dùng chổi lăn sơn lăn epoxy lên bề mặt của mẫu cho kín toàn bề mặt, để cho epoxy ...